3. Датчики скорости

В автоматизированном электроприводе датчики скорости используются для преобразования скорости двигателя или скорости движения рабочего органа механизма в электрический сигнал для организации обратной связи по скорости. В качестве аналоговых датчиков скорости применяются тахогенераторы постоянного и переменного тока.

Тахогенератор постоянного тока представляет собой микромашину постоянного тока с независимым возбуждением или постоянными магнитами, входной координатой которого является угловая скорость , а выходной – напряжение U_вых, выделяемое на сопротивлении нагрузки.

Рисунок 40 – Схема (а) и характеристика управления (б) тахогенератора постоянного тока

, (44)

где Ф – магнитный поток возбуждения; k – конструктивная постоянная; k_тг – передаточный коэффициент тахогенератора; R_тг – сопротивление якорной обмотки и щеточного контакта тахогенератора; R_н – сопротивление нагрузки.

Характеристика управления нелинейная в области малых и больших скоростей. В первом случае для уменьшения нелинейности используют металлизированные щетки, во втором – ограничивают скорость сверху и увеличивают сопротивление нагрузки. Тахогенераторы высокой точности выполняются с полым беспазным якорем и дополнительно к выходу генератора подключают конденсатор, выполняющий роль фильтра «С». Передаточная функция при этом имеет вид

, (45)

где Т_ф – постоянная времени фильтра.

, (46)

где С – емкость фильтра.

Тахогенераторы переменного тока выполнены на базе асинхронной двухфазной машины (рисунок 41).

Рисунок 41 – Тахогенератор переменного тока

На статоре имеются две взаимно перпендикулярные обмотки: обмотка возбуждения, расположенная по оси , и выходная обмотка управления, расположенная по оси . Последняя включена на сопротивление нагрузки тахогенератора. Для уменьшения момента инерции ротор выполняется тонкостенным в виде полого стакана из немагнитного материала. Внутри ротора размещается неподвижный стальной шихтованный сердечник, по которому замыкается магнитный поток.

Амплитудные значение ЭДС и передаточного коэффициента ТГ:

E_вых.m = k_тг ∙ω,

. (47)

Коэффициенты А и В:

, (48) ,

где ; – приведённое к обмотке статора сопротивление ротора; - индуктивное сопротивление намагничивания; R_c и х_c – активное и индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора;

ω_* = ω/ ω_с – относительная скорость ротора; ω – изменяемое значение скорости; ω_с – синхронная скорость ротора.

Рисунок 42 – Характеристики управления тахогенератора переменного тока

Асинхронные тахогенераторы имеет достаточно высокую точность. Линейность характеристик определяется погрешностью менее 0,5%. По сравнению с тахогенераторами постоянного тока обладает существенно меньшим передаточным коэффициентом.

Существенными преимуществами в точности по сравнению с аналоговыми имеют цифровые датчики скорости.

Рисунок 43 – Структурная схема цифрового датчика скорости

Структурно в датчике выделяются две части: датчик импульсов ДИ и счетчик импульсов СИ. ДИ является импульсным преобразователем и преобразует угловую скорость вала в импульсы с частотой f, пропорциональной скорости. Задача кодового преобразователя СИ как счетчика импульсов формировать на интервале измерения Т цифровой код А_n выходной величины датчика скорости.

Рисунок 44 – Кодовый диск фотоэлектрического датчика импульсов

ДИ выполняется на основе фотоэлектрического кодового диска (рисунке 43) и вырабатывает две серии импульсов, сдвинутых по фазе на 90⁰, которые используются для определения величины и знака угловой скорости. На двух дорожках расположены пропускающие свет щели. Свет от источников ИС1 и ИС2 через щели попадает на фотодиоды BL1 и BL2, которые при этом открыты и пропускают ток. Когда щель выходит из луча света, фотодиоды запирают цепь. При вращении диска с угловой скоростью  фотодиоды дают чередование максимального и минимального сигналов с частотой

, (49)

где N_ди – импульсная емкость кодового диска (число импульсов на один оборот диска).

Среднее значение скорости определяется числом импульсов N на периоде измерения T:

. (50)

Точность цифрового датчика увеличивается с увеличением измеряемой скорости и периода измерения.